一种基于定时同步的测距方法及装置与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于定时同步的测距方法及装置。


背景技术：

2.在现代化的战场上，基站等预定基础设施缺乏或易遭破坏，借助战术移动自组织网络，装备了移动通信装置的军事人员、车辆以及各种设备之间仍可以进行信息交换，协同完成作战任务。该网络是自重构的多跳无线网络，网络的拓扑结构、信道的环境、业务的模式等随通信节点的移动而动态变化，具有节点自由出入、移动性高、抗毁伤性强等特点，是未来网络中心战的重要组成部分。
3.定时同步和测距是战术移动自组织网络重要的关键技术，因此，为了保障无中心多跳网络中的动态路由的高效性和鲁棒性，如何在拓扑结构时变和节点快速移动的条件下准确获得节点间的实时相对距离，成为亟须解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于定时同步的测距方法、装置、电子设备及存储介质，能够在拓扑结构时变和节点快速移动的条件下准确获得节点间的实时相对距离。
5.第一方面，本发明提供一种基于定时同步的测距方法，包括：获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
6.在一个实施例中，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，包括：获取所述第一端时钟产生的第一原始符号序列的第一采样点位置；对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到第一接收序列，并获取所述第一接收序列的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延；所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，包括：获取所述第二端时钟产生的第二原始符号序列的第三采样点位置；对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到第二接收序列，并获取所述第二接收序列的第四采样点位
置；基于所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。
7.在一个实施例中，所述基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延，包括：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到第一钟差；按照所述第一钟差对所述第二采样点位置进行相位补偿得到更新后的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述更新后的第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延；所述基于所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延，包括：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到第二钟差；按照所述第二钟差对所述第四采样点位置进行相位补偿得到更新后的第四采样点位置；基于所述第三采样点位置和所述更新后的第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。
8.在一个实施例中，所述第一接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到；所述第二接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到。
9.在一个实施例中，所述根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，具体为：根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行平均值计算得到收发端传输时延。
10.本发明还提供了一种基于定时同步的测距装置，包括：第一获取模块，用于获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；第二获取模块，用于获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；距离测算模块，用于根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
11.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于定时同步的测距方法的步骤。
12.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于定时同步的测距方法的步骤。
13.本发明提供的基于定时同步的测距方法、装置、电子设备及存储介质，通过双向测距抵消由于收发双方秒脉冲误差带来的影响，分别获取收发两端的时延差，再利用双方估计的时延差进行计算得到传输时延，从而计算出精确的收发两端相对传输距离。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明实施例提供的基于定时同步的测距方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的双向单程测距时延示意图；图3是本发明实施例提供的测距帧结构示意图；图4是本发明实施例提供的测距过程时序示意图；图5是本发明实施例提供的收发两端不存在钟差的符号内时延示意图；图6是本发明实施例提供的收发两端间存在钟差的符号内时延示意图；图7是本发明实施例提供的基于定时同步的测距装置的结构示意图；图8是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，本发明实施例提供一种基于定时同步的测距方法，可以包括步骤：s1、获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到。
18.在一个实施例中，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，具体可以包括：获取所述第一端时钟产生的第一原始符号序列的第一采样点位置；对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到第一接收序列，并获取所述第一接收序列的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延。进一步地，所述第一接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到。
19.s2、获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到。
20.所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，具体可以包括：获取所述第二端时钟产生的第二原始符号序列的第三采样点位置；对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到第二接收序列，并获取所述第二接收序列的第四采样点位
置；基于所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。进一步地，所述第二接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到。
21.s3、根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
22.在一个实施例中，所述根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，具体为：根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行平均值计算得到收发端传输时延。
23.在本发明实施例中，首先第一端和第二端分别在1pps（秒脉冲）的上升沿开始向对方发送测距帧，并各自进行测距帧的接收。需要说明的是，这里的第一端、第二端均可以作为发送端以及接收端，也就是说，当第一端作为发送端时，则第二端相对来说作为接收端，当第二端作为发送端时，则第一端相对来说作为接收端。
24.需要说明的是，对于第一端作为接收端而言，基于设定的过采样倍数，可以获取接收端时钟fs产生的原始符号序列的第一采样点位置，再利用gardner定时同步算法实现接收序列的定时恢复，可以获得接收序列的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算即可得到第一符号内时延；然后对测距帧的帧头相关信息进行识别得到第一符号间时延；由于收发两端时延差由符号内时延和符号间时延两部分组成，则基于第一符号内时延和第一符号间时延进行计算得到第一收发时延差。
25.同理，对于第二端作为接收端而言，可以获取得到第二收发时延差，然后可以对第一收发时延差和第二收发时延差进行求和取平均获取得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
26.本发明实施例提供的基于定时同步的测距方法，通过双向测距抵消由于收发双方秒脉冲误差带来的影响，分别获取收发两端的时延差，再利用双方估计的时延差进行计算得到传输时延，从而计算出精确的收发两端相对传输距离。
27.需要说明的是，不同于传统的伪码测距结构，本发明实施例可以在完成正常通信的同时，不增加额外的系统开销，也能达到较高精度的测距结果。
28.在一个实施例中，所述基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延，包括：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到第一钟差；按照所述第一钟差对所述第二采样点位置进行相位补偿得到更新后的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述更新后的第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延；所述基于所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延，包括：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到第二钟差；按照所述第二钟差对所述第四采样点位置进行相位补偿得到更新后的第四采样点位置；基于所述第三采样点位置和所述更新后的第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。
29.可以理解的是，上述实施例是对于收发两端是同源的场景（不存在钟差）进行的计算过程，如何收发两端存在钟差，则在获取符号内时延之前需要先计算钟差。具体地：对于第一端作为接收端的情况，可以依据第一采样点位置和第二采样点位置进行计算得到第一钟差，再按照第一钟差对第二采样点位置进行相位补偿得到更新后的第二采样点位置，然后基于第一采样点位置和更新后的第二采样点位置进行计算即可得到第一符号内时延。同理，对于第二端作为接收端的情况可以计算得到第二符号内时延。
30.本发明实施例提供的基于定时同步的测距方法，对于收发两端不同源的场景，先计算收发两端之间的钟差，按照钟差对采样点位置进行相位补偿后，再计算相应的符号内时延，从而能够实现精确地计算收发两端的传输时延。
31.基于上述方案，为便于更好的理解本发明实施例提供的基于定时同步的测距方法，以下列举具体实例进行详细说明：1、如图2所示，a站和b站在1pps的上升沿开始启动发送测距帧，并各自进行测距帧的接收，由于收发双方的1pps之间存在一定的误差，因此a站和b站开始发送的时刻存在一定延迟；具体地，设t
a0
是a站发送时刻，t
b0
是b站发送时刻，t
a1
是a站收到b站信号的时刻，t
b1
是b站收到a站信号的时刻。t1和t2为双方传输时间，因为a、b两站之间互相传输路径相同，因此可以认为传输时间t1=t2，
△
t1=
△
t2。具体的，所发送的测距帧结构如图3所示。
32.2、利用gardner定时同步环路测出测距帧的精确到达时间；在本步骤中，测距过程发送时刻和到达时间的时序图如图4所示，其中，ts代表发送时间（原始符号序列）间隔（固定值），tr代表接收时间间隔（也是固定值）；基于预设过采样倍数（优选地可采用2.3438），按照接收端时钟fs产生原始符号序列对应的采样点位置s(k)，可以表示为：s(k)=(β1 μ1(k))；其中，β是基准点的时间，μ(k)是对应第k个采样点的增量时间，可以认为和k正相关。
33.利用gardner定时同步算法实现接收序列的定时恢复，得到接收序列的采样点位置：r(k)=(β2 μ2(k))。
34.3、计算收发两端时延差，包括符号内时延和符号间时延两部分组成，其中，符号间时延利用测距帧的帧头相关得到，符号内时延利用收发两端采样点位置计算得到；在本步骤中，如果收发两端是同源的，不存在钟差，如图5所示，则符号内时延为：
△
τ=r(k)-s(k)=(β2 μ2(k))-(β1 μ1(k))；如果收发两端间存在钟差，如图6所示，则需要先计算钟差，可以通过比较r(k)及s(k)的斜率来得到，先利用p1、p2、p3及p4四个点确定钟差的比值，用收发两端时钟频率的比值η来衡量；然后，将r(k)按照钟差进行相位补偿，得到更新的接收序列的采样点位置r’(k)=(β3 μ3(k))，有r’(k)=η*r(k)；此时，符号内时延可表示为：
△
τ=r’(k)-s(k)=(β3 μ3(k))-(β1 μ1(k))。
35.4、通过对a、b两站分别得到的收发两端时延差取平均，计算a、b两站间的传输时延，并与光速相乘，得到传输距离的测算值；在本步骤中，用ta和tb分别表示a站和b站处的收发两端时延差，可以得出a、b两站间传输时延τ为：
τ=1/2（ta tb）=1/2（t
a1-t
a0
t
b1-t
b0
）更进一步，可以计算得到a、b两站间的距离为：l=cτ，这里c为光速，约为30万公里/秒。
36.需要说明的是，本发明实施例通过根据给定的过采样倍数，按照接收端时钟产生原始符号序列对应的采样点位置，并利用gardner定时同步算法实现接收序列的定时恢复，从而得到接收序列的采样点位置。具体来说，对于非同步的时钟采样系统，利用收发两端采样点位置来计算符号内时延，再通过测距帧头的相关结果得到符号间时延，相加可以得到最终测距信号的传输时延。
37.进一步地，本发明实施例还通过利用双向单程模式，根据测距信号的传输时延计算通信双方传输距离，具体包括：首先计算通信双方的钟差并按照其进行相位补偿，更新符号内时延，因为通信双方互相传输距离相同，可以认为互相传输时间相等，采用双向单程模式测距时，可以利用取均值操作抵消收发双方1pps误差对传输时延测量的影响，实现高精度、高鲁棒的传输距离计算。
38.下面对本发明提供的基于定时同步的测距装置进行描述，下文描述的基于定时同步的测距装置与上文描述的基于定时同步的测距方法可相互对应参照。
39.请参见图7，本发明实施例提供了一种基于定时同步的测距装置，包括：第一获取模块1，用于获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；第二获取模块2，用于获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；距离测算模块3，用于根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
40.在一个实施例中，所述第一获取模块1包括第一获取单元，所述第一获取单元用于：获取所述第一端时钟产生的第一原始符号序列的第一采样点位置；对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到第一接收序列，并获取所述第一接收序列的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延；所述第二获取模块2包括第二获取单元，所述第二获取单元用于：获取所述第二端时钟产生的第二原始符号序列的第三采样点位置；对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到第二接收序列，并获取所述第二接收序列的第四采样点位置；基于所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。
41.在一个实施例中，所述第一获取单元具体还用于：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第一采样点位置和所述第二采样点位置进行计算得到第一钟差；按照所述第一钟差对所述第二采样点位置进行相位补偿得到更新后的第二采样点位置；基于所述第一采样点位置和所述更新后的第二采样点位置进行计算得到所述第一符号内时延；
所述第二获取单元具体还用于：当判断所述第一端和所述第二端存在钟差时，根据所述第三采样点位置和所述第四采样点位置进行计算得到第二钟差；按照所述第二钟差对所述第四采样点位置进行相位补偿得到更新后的第四采样点位置；基于所述第三采样点位置和所述更新后的第四采样点位置进行计算得到所述第二符号内时延。
42.在一个实施例中，所述第一接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第一原始符号序列进行定时恢复得到；所述第二接收序列为利用gardner定时同步算法对所述第二原始符号序列进行定时恢复得到。
43.在一个实施例中，所述根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，具体为：根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行平均值计算得到收发端传输时延。
44.可以理解的是上述装置项实施例，是与本发明方法项实施例相对应的，本发明实施例提供的基于定时同步的测距装置，可以实现本发明任意一项方法项实施例提供的基于定时同步的测距方法。
45.本案实施例的基于定时同步的测距装置的工作原理与上述实施例的基于定时同步的测距方法是相应的，此处不再一一赘述。
46.图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communications interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行所述的基于定时同步的测距方法，该方法包括：获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
47.此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
48.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例所提供的基于定时同步的测距方法，
该方法包括：获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
49.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于定时同步的测距方法，该方法包括：获取第一端的第一收发时延差；其中，所述第一收发时延差包括第一符号内时延和第一符号间时延，所述第一符号内时延为根据第一端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第一符号间时延为根据所述第一端接收的测距帧的帧头进行识别得到；获取第二端的第二收发时延差；其中，所述第二收发时延差包括第二符号内时延和第二符号间时延，所述第二符号内时延为根据第二端时钟产生的符号序列的采样点位置进行确定得到，所述第二符号间时延为根据所述第二端接收的测距帧的帧头进行识别得到；根据所述第一收发时延差和所述第二收发时延差进行计算得到收发端传输时延，继而根据所述收发端传输时延进行距离测算。
50.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
51.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。